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利用光電效應製作的實驗裝置
發布時間：2024-11-03 06:23:12『壹』 光電效應測普朗克常數方法研究
用光電效應測普朗克常數
<大學物理實驗>課本P280
[實驗目的]
1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論，了解光電效應的基本規律；
2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法；
3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法，並用以測定普朗克常數。
[實驗儀器]
GD-4型智能光電效應(普朗克常數)實驗儀(由光電檢測裝置和實驗儀主機兩部分組成)
光電檢測裝置包括：光電管暗箱GDX-1，高壓汞燈箱GDX-2；高壓汞燈電源GDX-3和實驗基準平台GDX-4。
實驗主機為：GD-4型光電效應(普朗克常數)實驗儀，該儀器包含有微電流放大器和掃描電壓源發生器兩部分組成的整體儀器。
[實驗原理]
1、普朗克常數的測定
根據愛因斯坦的光電效應方程：
（1）
(其中： 是電子的動能， 是光子的能量， 是光的頻率， 是逸出功, 是普朗克常量。)
是材料本身的屬性，所以對於同一種材料 是一樣的。當光子的能量 時不能產生光電子，配攜即存在一個產生光電效應的截止頻率 （ ）
實驗中：將 和 間加上反向電壓 ( 接負極),它對光電子運動起減速作用.隨著反向電壓 的增加,到達陽極的光電子的數目相應減少,光電流減小。當 時，光電流降為零，此時光電子的初動能全部用於克服反向電場的作用。即
（2）
這時的反向電壓叫截止電壓。入射光頻率不同時，截止電壓也不同。將（2）式代入（1）式，得
（3）
（其中 ）式中 都是常量，對同一光電管 也是常量，實驗中測量不同頻率下的 ，做出 曲線。在（3）式得到滿足的條件下，這是一條直線。
若電子電荷 ，由斜率 可以求出普朗克常數 。由直線上的截距可以求出溢出功 ，由直線在 軸上的截距可以求出截止頻率 。如圖（2）所示。
2、測量光電管的伏安特性曲線
在照射光的強度一定的情況下，光電管中的電流 與光電管兩端的電壓 之間存在著一定的關系。
理想曲線與實驗曲線有所不同，原因有：
①、光電管的陰極採用逸出電勢低的材料製成，這種材料即使在高真空中也有易氧化的趨向，使陰極表面各處的逸出電勢不盡相等，同時，逸出具有最大動能的光電子數目大為減少。隨著反向電壓的增高，光電流不是陡然截止，而是較快降低後平緩的趨近零點。
②、陽極是用逸出電勢較高的鉑鎢等材料做成，本來只有用遠紫外線照射才能逸出光電子，因為施加在光電管上的外電場對於這些光電子來說正是一個加速電場，使得發射的光電子由陽極飛向陰極，構成反向電流。
③暗合中的光電管即使沒有用光照射，在外加電壓下也會有微弱的電流流通，稱做暗電流，其主要原因是極間絕緣電阻漏電（包括管座以及玻璃殼內外表面的漏電）、陰極在常溫下的熱電子輻射等。暗電流與外加電壓基本成線性關系。
[實驗內容]
1、將儀器的連線接好；
2、經老師確認後，接通電源預熱儀器20分鍾；
3、熟悉儀器，進行一些簡單的操作，並將儀器調零；
4、普朗克常數的測定
選定某一光闌孔徑為 的光闌（記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離 的情況下，選用不同濾色片（分別有 為 ， ， ， ， ），調節光電管兩端的電壓 ，使得光電管中的電流為0，將此時光電管兩端的電壓表示為 （稱為截止電壓），將其記錄下來；
5、測量光電管的伏安特性曲線
觀察5條譜線在同一光闌孔徑為 （記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離 （記錄其數值）的情況下，改變光電管兩端的電壓 （范圍在 ），記錄電壓 和對應的光電流 。
6、逗擾驗證飽和電流與入射光強度成正比：
確定入射光波長 （記錄其數值）、光源與光電管之間的距離 （記錄其數值）以及光電管兩端的電壓 （一般為50V，這時認為光電管中的電流已達到最大值，即為飽和電流 ），改變光闌孔徑 （分別為： ， ， ），記錄對應的飽和光電流 ；
7、整理實驗儀器
結束實驗時，要將實驗儀器按原樣擺放好；
[數據的測量與處理]
1、普朗克常數的測定
表一、 關系光闌孔
入射光波長
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0
對應頻率
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196
截止電壓
要求：根據表一的實驗數據（用最小二乘山賣旦法處理），得出 直線的斜率 ，即可用 求出普朗克常數，並用普朗克常數的公認值 比較實驗相對誤差 ，式中 ， 。
2、測光電管的伏安特性曲線：
表二、 ，
要求：在坐標紙上繪出 關系曲線，並描述其特點。
3、驗證飽和電流與入射光強度成正比：
表三、 （ 為光的強度）關系 ， ，
光闌孔
2 4 8
要求：作圖分析實驗數據（提示： 與 成正比例）
[實驗總結和誤差分析]
『貳』 圖是研究光電效應的實驗裝置,用一定頻率的光照射陰極k,當滑片p處於圖示位表的
A、若滑片P向右移動，導致正向電壓增大，而光子的最大初動能不變，飽和光電專流不會變，則光電流的大小不變．故屬A錯誤．
B、若減小入射光的強度，導致光子數目減小，則電流表的示數會減小．故B正確．
C、若換用電動勢更大的電源，與滑片向右移動一樣，飽和電流不變，則電流表示數不變．故C錯誤．
D、若電源的正、負極對調，則光電管兩端的電壓為反向電壓，若保持照射光的頻率和強度不變，反向電壓會阻礙光電子的移動，導致光電流可能會減小，但並一定會減小，故D錯誤．
故選：B．
『叄』 研究光電效應規律的實驗裝置如圖所示，以頻率為v的光照射光電管陰極K時，有光電子產生．由於光電管K、A間
A、反向電壓U和頻率一抄定時，發生光電效應產生的光電子數與光強成正比，則單位時間到達陰極A的光電子數與光強也成正比，故光電流i與光強I成正比，A正確．B、由動能定理，-qU 0 =0-E km ，又因E km =hν-W，所以 U 0 =
C、光強I與頻率ν一定時，光電流i隨反向電壓的增大而減小，又據光電子動能大小的分布概率及發出後的方向性可知C正確． D、由光電效應知金屬中的電子對光子的吸收是十分迅速的，時間小於10 -9 s，10 -9 s後，光強I和頻率ν一定時，光電流恆定，故D正確． 故選B |
『肆』 如圖所示是研究光電效應的實驗裝置，某同學進行了如下操作：①用頻率為ν 1 的光照射光電管，此時電流表
| a ；
 ；
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